海堤工程消浪平台的优化设计

海堤工程消浪平台的优化设计

p1.1 工程概况

本海堤工程级别为1级,且不允许越浪。设计标准为200年一遇高潮位(5.99m)加12级风(32.7m/s)组合。堤前滩面高程为1.00m。堤前设计波要素见下表1.1。

该海堤工程外坡上、下坡均采用栅栏板护坡,上坡1:2.5、下坡1:3.0,其结构断面图见图1.1。

1.2 研究方法

为了研究消浪平台高程对波浪爬高的影响,初步设定在设计静水位5.99m以上半个波高至设计静水位以下一倍波高范围内拟定6个平台高程:7.0m(设计静水位以上约半个波高)、6.5m(设计静水位以上0.51m)、6.0m(设计静水位附近)及5.5m(设计静水位以下0.5m)、5.0m(设计静水位以下约半个波高)、3.7m(设计静水位以下一个波高)[1~2]。

同时,设定4个平台宽度:1.2m(约0.5倍平均波高)、2.5m(约一倍平均波高)、4.6m(约2倍平均波高)、6.8m(约3倍平均波高)。

将以上6个平台高程与4个平台宽度分别组合可得到24个不同的平台方案。对于带有平台的复合斜坡堤,应先确定该断面的折算坡度系数,再按坡度系数为的单坡断面确定其爬高,从而确定堤顶高程。

对于本工程,平台以上斜坡坡率、以下斜坡坡率,下坡缓、上坡陡,折算坡度系数按公式计算,式中; 为平台上的水深,当平台在静水位以下时取正值,平台在静水位以上时取负值, 表示取绝对值;L 为波长;B为平台宽度。

波浪爬高的计算公式很多,其计算成果的正确性和海堤设计断面的型式有非常重要的关系,目前在我国应用较为广泛的有GB50286-98中的公式以及大连理工大学李玉成教授等建议的爬高公式等[3~4],而上海地区圈围工程常用的上、下均为斜坡,中间带平台的复式斜坡堤和GB50286-98中公式的适用条件最为吻合,该计算公式为:

(C3.1-1)

式中: ── 累计频率为p的波浪爬高(m);

── 斜坡的糙率系数,根据护面类型查表确定;

── 经验系数,可根据风速v(m/s)、堤前水深d(m)、重力加速度g(m/s2)组成的无维量查表确定;

── 爬高累计频率换算系数,可查表确定;

m── 斜坡坡度。

对上式而言,当堤前设计波要素、断面的斜坡坡度m和护面糙渗系数确定以后,平台的高程和宽度是影响波浪爬高和特征指数的重要参数。

2、成果分析

对以上24种平台方案分别进行波浪爬高计算,计算结果见下表2.1。

2.1 平台高程对波浪爬高的影响

图 2.1可以清楚的看出波浪爬高与平台高程的基本关系:当消浪平台的宽度保持一定时,波浪爬高随着平台的加高而减小,但随着平台的不断增高,爬高减小的趋势越来越缓,即越来越小。因此可以推断当平台达到某一高程时可能会出现,此时波浪爬高将不再随着平台的增高而减小。同时从图2.1中可以看出,消浪平台越宽越小,爬高越容易达到稳定。

当平台宽度确定时,静水位以下一个波高至静水位以下半个波高(高程3.7m~5.0m),波浪爬高平均减小约13.7%;静水位以下半个波高至静水位附近(高程

5.0m~

6.0m),波浪爬高平均减小约9.6%;静水位附近至静水位以上半个波高(高程

6.0m~

7.0m),波浪爬高平均减小约

8.8%。

由以上分析可知,当平台宽度确定时,在一定范围内平台越高爬高越小,爬高减小亦越来越小,且结构断面越大、工程造价越高,工程越不经济。

2.2 平台宽度对波浪爬高的影响

图2.2可以看出波浪爬高与平台宽度基本成反比,当平台高程保持一定时,平台越宽则爬高越小,但随着平台的不断加宽,爬高值减小的速度越来越小,从而当平台达到一定宽度时,爬高值不再

随着平台的继续加宽而减小,此时。同时从图2.2中可以看出:平台越高,爬高随平台增宽而减小的速度越小、达到稳定值的速度越快。

当平台高程确定时,平台宽度从0.5 ~ (1.2m~2.5m),波浪爬高平均减小6.9%;平台宽度从~ (2.5m~4.6m),波浪爬高平均减小10.2%;平台宽度从~ (4.6m~6.8m),波浪爬高平均减小9.8%。

由以上分析可知,当平台高程保持不变时,平台越宽波浪爬高越小,爬高减小越来越小,且结构断面越大,工程造价越高,工程越不经济。

3、结语

本文借助于芦潮港海堤工程,计算了24种不同平台方案的波浪爬高,经过分析得到以下结论:1)平台宽度一定时,波浪爬高随着平台加高而减小,但减小的速度越来越小;2)平台高程保持不变时,波浪爬高随平台的加宽而减小,但随着平台的不断加宽爬高值减小的速度越来越小。

在带有消浪平台的海堤工程中,为了减小波浪爬高、降低堤顶高程,可适当的抬高平台的高程或者加大平台的宽度,但还应综合考虑工程造价及与周围工程的衔接统一等,从而选取最优断面。

参考文献

[1]SL389-2008.《滩涂治理工程技术规范》[S].

[2]JTJ 213-98.《海港水文规范》[S].

[3]《海堤工程设计规范》编著组.《海堤工程设计规范》(SL435-2008)实施指南.2009.4:P116.

[4]GB50286-98.《堤防工程设计规范》[S].